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JP2003264249A - Memory device using carbon nanotube and method of manufacturing the same - Google Patents

Memory device using carbon nanotube and method of manufacturing the same

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JP2003264249A
JP2003264249A JP2003030273A JP2003030273A JP2003264249A JP 2003264249 A JP2003264249 A JP 2003264249A JP 2003030273 A JP2003030273 A JP 2003030273A JP 2003030273 A JP2003030273 A JP 2003030273A JP 2003264249 A JP2003264249 A JP 2003264249A
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JP
Japan
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carbon nanotube
memory device
layer
insulating layer
charge storage
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JP2003030273A
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Japanese (ja)
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Won-Bong Choi
原 鳳 崔
In-Kyeong Yoo
寅 ▲敬▼ 柳
Jae-Uk Chu
齊 ▲立▼ 周
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い伝導度と高い熱放出度を有するCNT
と、電荷貯蔵能力に優れたメモリセルとを備え、誤動作
のない高速、高集積のメモリ素子及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】 基板と、前記基板上に所定間隔離隔して
位置し、電圧が印加されるソース電極及びドレイン電極
と、前記ソース電極とドレイン電極とを連結し、電子移
動のチャンネルとなるCNTと、前記CNTの上部に位
置し、前記CNTから流入する電荷を貯蔵するメモリセ
ルと、前記メモリセルの上部と接触し、前記CNTから
前記メモリセルに流入する電荷量を調節するゲート電極
と、を備える。
(57) [Problem] CNT having high conductivity and high heat release
And a high-speed, highly-integrated memory element free from malfunctions and a method for manufacturing the same. SOLUTION: A substrate, a source electrode and a drain electrode which are located on the substrate at a predetermined distance from each other and to which a voltage is applied, and a CNT which connects the source electrode and the drain electrode and serves as an electron transfer channel. A memory cell positioned above the CNT and storing the charge flowing from the CNT; and a gate electrode contacting the upper part of the memory cell and controlling the amount of charge flowing from the CNT into the memory cell. Prepare.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はメモリ素子及びその
製造方法に係り、特に炭素ナノチューブ(カーボンナノ
チューブCarbon NanoTube;以下、CNTと略称する)
を電荷移動チャネルとして備えるメモリ素子及びその製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a carbon nanotube (Carbon NanoTube; hereinafter abbreviated as CNT).
And a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体を用いたメモリ素子は、基本的な
構成要素として、貯蔵された電荷を保存する役割をする
キャパシタと、キャパシタからデータを読み出したりキ
ャパシタにデータを書き込んだりする時の電流の通路を
確保するためのスイッチの役割をするトランジスタとを
有する。
2. Description of the Related Art A memory device using a semiconductor has, as a basic component, a capacitor which plays a role of storing stored charges, and a current which is used when data is read from or written in the capacitor. A transistor serving as a switch for securing a passage.

【0003】トランジスタに多量の電流を流すために
は、トランジスタ自体が高いトランスコンダクタンス
(gm)特性を有さなければならないので、最近では、
高いトランスコンダクタンス特性を有するMOSFET
(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transisto
r)を半導体メモリ素子のスイッチング素子として用い
る傾向がある。
In order to pass a large amount of current through a transistor, the transistor itself must have a high transconductance (gm) characteristic.
MOSFET with high transconductance characteristics
(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transisto
r) tends to be used as a switching element of a semiconductor memory element.

【0004】MOSFETは、多結晶質シリコンよりな
るゲート電極と、ドーピングされた結晶質シリコンより
なるソース及びドレイン電極を基本的な構成要素として
有するトランジスタである。
The MOSFET is a transistor having a gate electrode made of polycrystalline silicon and source and drain electrodes made of doped crystalline silicon as basic constituent elements.

【0005】MOSFETのトランスコンダクタンス
は、同じ電圧条件でチャンネル長(L)、ゲート酸化膜
の厚さ等に反比例し、表面移動度、ゲート酸化膜の誘電
率及びチャンネルの幅(W)には比例する。これらの変
数のうち、表面移動度及び酸化膜の誘電率等は材料、す
なわち方向性を有するシリコンウェーハ、シリコン酸化
膜等により既定の値であるため制御の対象とはならない
ので、高いトランスコンダクタンスを持たせるために
は、チャンネルの幅と長さとの比(W/L rati
o)を大きくするか、あるいは酸化膜を薄くしなければ
ならない。
The transconductance of the MOSFET is inversely proportional to the channel length (L), the thickness of the gate oxide film, etc. under the same voltage condition, and is proportional to the surface mobility, the dielectric constant of the gate oxide film and the channel width (W). To do. Of these variables, the surface mobility and the dielectric constant of the oxide film, etc., are not the control target because they are the predetermined values depending on the material, that is, the directional silicon wafer, the silicon oxide film, etc. In order to have it, the ratio of the width and the length of the channel (W / L ratio
o) must be increased or the oxide film must be thinned.

【0006】しかし、高集積メモリ素子を製造するため
にはMOSFETの物理的な寸法を縮小しなければなら
ない。したがって、ゲート、ソース及びドレイン電極も
小さくしなければならないが、これによって多様な問題
点が発生する。
However, in order to manufacture a highly integrated memory device, the physical size of the MOSFET must be reduced. Therefore, the gate, source and drain electrodes have to be made small, which causes various problems.

【0007】例えば、ゲート電極が小さくなれば、ゲー
ト電極の断面積が減少してトランジスタに大きな電気的
抵抗を誘発する。ソース及びドレイン電極の小型化は厚
さ、すなわち接合深さ(junction depths)の減少を誘
発してさらに大きな電気的抵抗を招き、ソースとドレイ
ンとの距離を縮めてソース及びドレインの空乏層が相互
当接するパンチスルー(punch through)現象を誘発し
て電流の調節が不能となる。また、前述したようなメモ
リ素子の寸法減少は電流の移動通路であるチャンネルの
幅を70nm以下に減少させ、電流の円滑な流れを妨害
してメモリ素子の誤動作を誘発する。
For example, if the gate electrode becomes smaller, the cross-sectional area of the gate electrode is reduced, which induces a large electric resistance in the transistor. The miniaturization of the source and drain electrodes causes a decrease in the thickness, that is, the junction depths, resulting in a larger electrical resistance, and the distance between the source and the drain is shortened so that the depletion layers of the source and the drain are mutually separated. Inducing a punch through phenomenon that causes abutment makes it impossible to regulate the current. In addition, the reduction of the size of the memory device as described above reduces the width of the channel, which is a current passage, to 70 nm or less, disturbs the smooth flow of the current, and causes the memory device to malfunction.

【0008】すなわち、一般にMOSFETに基づいた
メモリ素子は熱損失、電力消耗、電気的特性変動、電荷
漏れなどの問題によって高密度メモリを実現することが
困難である。
That is, it is generally difficult to realize a high-density memory in a memory device based on a MOSFET due to problems such as heat loss, power consumption, fluctuations in electrical characteristics, and charge leakage.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する技術的な課題は前記問題点を改善するためのもので
あって、メモリ素子の小型化による抵抗の増加がなく熱
損失、電力消耗、電気的特性変動、電荷漏れの少ない高
速の高集積メモリ素子及びその製造方法を提供すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The technical problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, in which there is no increase in resistance due to the miniaturization of the memory device and there is no heat loss or power consumption. The present invention provides a high-speed highly integrated memory device with less variation in electrical characteristics and charge leakage, and a manufacturing method thereof.

【0010】[0010]

【課題を達成するための手段】前記技術的な課題を達成
するために本発明は、基板と、前記基板上に所定間隔離
隔して位置し、電圧が印加されるソース電極及びドレイ
ン電極と、前記ソース電極とドレイン電極とを連結し、
電子移動のチャンネルとなるCNTと、前記CNTの上
部に位置し、前記CNTから流入する電荷を貯蔵するメ
モリセルと、前記メモリセルの上部と接触し、前記CN
Tから前記メモリセルに流入する電荷量を調節するゲー
ト電極と、を備えることを特徴とするCNTメモリ素子
を提供する。
In order to achieve the above-mentioned technical objects, the present invention provides a substrate, a source electrode and a drain electrode which are located on the substrate with a predetermined space therebetween and to which a voltage is applied. Connecting the source electrode and the drain electrode,
The CNT that serves as an electron transfer channel, the memory cell that is located above the CNT and stores the charge flowing from the CNT, and contacts the upper portion of the memory cell.
A CNT memory device comprising: a gate electrode for adjusting the amount of charge flowing from T to the memory cell.

【0011】好ましくは、前記基板はシリコン基板であ
り、前記基板の上部にシリコンオキシド膜が積層され
る。前記メモリセルは、前記CNTの上部に前記CNT
と接触するように形成される第1絶縁膜と、前記第1絶
縁膜の上部に蒸着され、電荷を貯蔵する電荷貯蔵膜と、
前記電荷貯蔵膜の上部に形成され、前記ゲート電極と接
触する第2絶縁膜と、を備える。前記第1絶縁膜は前記
電荷貯蔵膜とほぼ同じ厚さを有し、前記第2絶縁膜は前
記電荷貯蔵膜より約2倍の厚さを有することが望まし
い。前記第1及び第2絶縁膜はシリコンオキシド膜より
なり、前記電荷貯蔵膜はシリコン膜またはシリコン窒化
膜よりなる。前記電荷貯蔵膜は15nm以下の厚さを有
することが望ましい。前記電荷貯蔵膜は、好ましくは、
電荷貯蔵物質で充填される複数のナノドットが配される
多孔膜である。
Preferably, the substrate is a silicon substrate, and a silicon oxide film is laminated on the substrate. The memory cell may include the CNT on the CNT.
A first insulating film formed in contact with the first insulating film, and a charge storage film deposited on the first insulating film to store charges.
A second insulating layer formed on the charge storage layer and in contact with the gate electrode. It is preferable that the first insulating film has a thickness substantially the same as that of the charge storage film, and the second insulating film has a thickness about twice that of the charge storage film. The first and second insulating films are made of a silicon oxide film, and the charge storage film is made of a silicon film or a silicon nitride film. The charge storage layer preferably has a thickness of 15 nm or less. The charge storage film is preferably
The porous film has a plurality of nanodots filled with a charge storage material.

【0012】また、前記メモリセルは、前記ゲート電極
の下部に形成され、前記ゲート電極と接触する第3絶縁
膜と、前記第3絶縁膜の下部に形成され、前記CNTと
接触し、電荷貯蔵物質で充填される複数のナノドットが
配される多孔膜と、を備える。前記第3絶縁膜は、好ま
しくは、前記多孔膜より約2倍の厚さを有するか、ある
いはほぼ同じ厚さを有しうる。前記第3絶縁膜はシリコ
ンオキシド膜であり、前記電荷貯蔵物質はシリコンまた
はシリコン窒化物である。前記多孔膜はアルミニウムオ
キシド膜である。前記ナノドットは15nm以下の直径
を有することが望ましい。
The memory cell is formed under the gate electrode and is in contact with the gate electrode, and a third insulating film is formed under the third insulating film and is in contact with the CNT to store a charge. And a porous film on which a plurality of nanodots filled with a substance are arranged. The third insulating film may have a thickness about twice that of the porous film, or may have substantially the same thickness. The third insulating layer is a silicon oxide layer and the charge storage material is silicon or silicon nitride. The porous film is an aluminum oxide film. The nanodots preferably have a diameter of 15 nm or less.

【0013】また、前記技術的な課題を達成するために
本発明は、基板上にCNTを成長させた後、前記CNT
を電荷移動チャンネルとするソース電極とドレイン電極
とをCNTと接触するように形成する第1段階と、前記
CNT、前記ソース電極及びドレイン電極の上部に第1
絶縁膜、電荷貯蔵膜及び第2絶縁膜を順次に蒸着した
後、フォトリソグラフィ工程を用いてパターニングして
前記CNTと接触するメモリセルを形成する第2段階
と、前記第2絶縁膜の上部に金属層を蒸着した後、フォ
トリソグラフィ工程を用いてパターニングして前記CN
Tから前記電荷貯蔵膜に流入する電荷量を調節するゲー
ト電極を形成する第3段階と、を含むことを特徴とする
CNTメモリ素子の製造方法を提供する。
In addition, in order to achieve the above-mentioned technical object, the present invention is characterized in that after growing CNTs on a substrate, the CNTs are
Forming a source electrode and a drain electrode which are used as charge transfer channels so as to contact the CNT, and a first step on the CNT, the source electrode and the drain electrode.
A second step of forming a memory cell in contact with the CNT by patterning an insulating layer, a charge storage layer, and a second insulating layer, and then patterning using a photolithography process, and forming a memory cell on the second insulating layer. After depositing the metal layer, patterning is performed using a photolithography process to form the CN.
And a third step of forming a gate electrode for adjusting the amount of charges flowing into the charge storage layer from T. A method of manufacturing a CNT memory device is provided.

【0014】あるいは、基板上に炭素ナノチューブを成
長させた後、前記炭素ナノチューブを電荷移動チャンネ
ルとするソース電極とドレイン電極とを炭素ナノチュー
ブと接触するように形成する第1段階と、前記炭素ナノ
チューブ、前記ソース及びドレイン電極の上部に第1絶
縁膜を蒸着し、陽極酸化してからエッチングして第1絶
縁膜が酸化されて形成される複数のナノドットを有する
多孔膜を形成する第2段階と、前記多孔膜の上部に電荷
貯蔵物質を蒸着した後、エッチングして前記ナノドット
に電荷貯蔵物質を充填する第3段階と、前記多孔膜の上
部に第2絶縁膜を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程
を用いて前記第1絶縁膜、多孔膜及び第2絶縁膜をパタ
ーニングしてメモリセルを形成する第4段階と、前記第
2絶縁膜の上部に金属層を蒸着した後、フォトリソグラ
フィ工程を用いてパターニングして前記炭素ナノチュー
ブから前記多孔膜に流入する電荷量を調節するゲート電
極を形成する第5段階と、を含むことを特徴とする炭素
ナノチューブメモリ素子の製造方法を提供する。
Alternatively, after growing carbon nanotubes on a substrate, a first step of forming a source electrode and a drain electrode using the carbon nanotubes as charge transfer channels so as to contact the carbon nanotubes; A second step of depositing a first insulating layer on the source and drain electrodes, anodic oxidation, and etching to form a porous layer having a plurality of nanodots formed by oxidizing the first insulating layer; A third step of depositing a charge storage material on the porous film and then etching the nanodots to fill the charge storage material, and a photolithography process after depositing a second insulating film on the porous film. A fourth step of patterning the first insulating film, the porous film and the second insulating film to form a memory cell, and forming a memory cell on the second insulating film. A fifth step of depositing a metal layer, and patterning the metal layer using a photolithography process to form a gate electrode controlling an amount of charges flowing into the porous film from the carbon nanotube. A method of manufacturing a memory device is provided.

【0015】前記第1段階において、好ましくは、前記
基板の上面に絶縁層を形成し、前記絶縁層の上面にCN
Tを成長させる。前記基板はシリコンであり、前記絶縁
層はシリコンオキシドである。前記第1段階において、
前記ソース電極とドレイン電極とを電子ビームリソグラ
フィで形成する。前記第2段階において、前記第1絶縁
膜と前記貯蔵膜とをほぼ同じ厚さに蒸着し、前記第2絶
縁膜は前記多孔膜より約2倍の厚さに蒸着することが望
ましい。前記第1及び第2絶縁膜はシリコンオキシドよ
りなる。前記電荷貯蔵膜はシリコンまたはシリコン窒化
物よりなる。
In the first step, preferably, an insulating layer is formed on the upper surface of the substrate and CN is formed on the upper surface of the insulating layer.
Grow T. The substrate is silicon and the insulating layer is silicon oxide. In the first stage,
The source electrode and the drain electrode are formed by electron beam lithography. In the second step, it is preferable that the first insulating film and the storage film are deposited to have substantially the same thickness, and the second insulating film is deposited to be about twice as thick as the porous film. The first and second insulating layers are made of silicon oxide. The charge storage layer is made of silicon or silicon nitride.

【0016】前記電荷貯蔵膜は15nm以下の厚さに形
成することが望ましい。前記第1段階において、前記第
1絶縁膜を全て酸化させて複数のナノドットを有する多
孔膜に形成することが望ましい。
The charge storage film is preferably formed to a thickness of 15 nm or less. In the first step, it is preferable that the first insulating film is entirely oxidized to form a porous film having a plurality of nanodots.

【0017】本発明は、CNTを電荷移動チャンネルと
して用いるので半導体メモリ素子のドーピング工程を必
要とせず、電気伝導度、熱伝導度の大きなCNTを用い
るので、メモリ素子の高集積による抵抗の増加問題また
は誤動作の問題が解決される。また、電荷を貯蔵する電
荷貯蔵膜またはナノドットが形成される多孔膜を有する
メモリセルを備えるメモリ素子を形成するので、高効率
の高集積メモリ素子を実現することができる。
Since the present invention uses CNT as a charge transfer channel, it does not require a doping step of a semiconductor memory device, and uses CNT having a large electric conductivity and a high thermal conductivity. Or the problem of malfunction is solved. In addition, since the memory device including the memory cell having the charge storage film that stores charges or the porous film on which the nanodots are formed is formed, a highly efficient and highly integrated memory device can be realized.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明の実施例に係るメモリ素子及びその製造方法を詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A memory device and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0019】図1は、本発明の実施例に係るメモリ素子
を示す斜視図である。図1を参照すれば、本発明の実施
例に係るメモリ素子は、基板11と、前記基板11上に
積層された絶縁層13と、前記絶縁層13上に所定間隔
に離隔して位置し、金属よりなるソース電極15及びド
レイン電極17と、前記ソース電極15及びドレイン電
極17を連結し、電子移動チャンネルとなるCNT21
と、前記CNT21と接触するように位置し、前記CN
T21から流入する電子を貯蔵するメモリセル23と、
前記メモリセル23に接触して前記電子の移動を制御す
るゲート電極19と、を備える。
FIG. 1 is a perspective view showing a memory device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a substrate 11, an insulating layer 13 stacked on the substrate 11, and a predetermined distance on the insulating layer 13. A source electrode 15 and a drain electrode 17 made of a metal are connected to the source electrode 15 and the drain electrode 17 to form an electron transfer channel CNT21.
Is located so as to come into contact with the CNT21, and the CN
A memory cell 23 for storing electrons flowing from T21;
A gate electrode 19 that contacts the memory cell 23 and controls the movement of the electrons.

【0020】図面においてソース及びドレイン電極1
5、17が基板11の上部に位置しているが、ソースド
レイン電極15、17が基板11の内部に位置しても良
い。この場合、CNT21は基板11の内部やその表面
に接して位置することになる。
In the drawing, the source and drain electrodes 1
Although 5 and 17 are located above the substrate 11, the source / drain electrodes 15 and 17 may be located inside the substrate 11. In this case, the CNT 21 is located inside the substrate 11 and in contact with the surface thereof.

【0021】基板11はシリコン基板であり、その上部
に積層された絶縁層13はシリコンオキシドであること
が一般的である。
The substrate 11 is generally a silicon substrate, and the insulating layer 13 laminated thereon is generally silicon oxide.

【0022】ソース及びドレイン電極15、17はT
i、Au等の金属よりなり、ゲート電極19はポリシリ
コン等の金属よりなる。また、前記トランジスタ構造は
フォトリソグラフィ、eビームリソグラフィ、エッチン
グ、酸化、薄膜蒸着のような公知の半導体工程によって
なされる。
The source and drain electrodes 15 and 17 are T
The gate electrode 19 is made of a metal such as i and Au, and the gate electrode 19 is made of a metal such as polysilicon. In addition, the transistor structure is formed by known semiconductor processes such as photolithography, e-beam lithography, etching, oxidation, and thin film deposition.

【0023】CNT21は、炭素の同素体として各炭素
原子が他の炭素原子と結合して形成された六角形の蜂巣
状であるが、これは複数の炭素原子が結合して形成され
た黒鉛面がナノサイズの直径で丸く巻かれた形をなして
いる。CNT21は黒鉛面の巻かれる角度及び構造によ
って金属または半導体の特性を示し、このようなCNT
の特性を用いた研究が先端産業分野、特にナノ技術産業
分野で活発に進められている。
The CNT21 has a hexagonal honeycomb shape formed by binding each carbon atom to another carbon atom as an allotrope of carbon, which has a graphite surface formed by binding a plurality of carbon atoms. It has a nano-sized diameter and is rolled into a circle. CNT21 exhibits the characteristics of metal or semiconductor depending on the winding angle and structure of the graphite surface.
Research using these characteristics is being actively pursued in advanced industrial fields, especially in the field of nanotechnology.

【0024】CNTは、その電気的な性質によって相異
なる2種のCNTに分けられる。すなわち、ゲート電圧
に関係なく、電流電圧特性が線形関係を示す金属性CN
Tと、ゲート電圧に大きく影響され、電流電圧特性が非
線形関係を示す半導体特性のCNTとに分けられる。
CNTs are classified into two types of CNTs which differ from each other according to their electrical properties. That is, regardless of the gate voltage, the metallic CN having a linear current-voltage characteristic relationship.
T and CNT having a semiconductor characteristic that is greatly affected by the gate voltage and has a non-linear current-voltage characteristic.

【0025】本発明の実施例に係るメモリ素子に用いら
れるCNT21は半導体特性のCNTであって、ゲート
電極19に印加される電圧によってCNT21を通じて
移動する電子の流れ、すなわち電流が制御される。
The CNT 21 used in the memory device according to the embodiment of the present invention is a CNT having semiconductor characteristics, and the voltage applied to the gate electrode 19 controls the flow of electrons moving through the CNT 21, that is, the current.

【0026】CNT21は電気放電法、レーザー蒸着
法、プラズマ化学気相蒸着法(PlasmaEnhanced Chemica
l Vapor Deposition:PECVD)、熱化学気相蒸着
法、気相合成法などを用いて製造することができる。
CNT21 is an electric discharge method, a laser deposition method, a plasma enhanced chemical vapor deposition method (Plasma Enhanced Chemica).
Vapor Deposition (PECVD), a thermochemical vapor deposition method, a vapor phase synthesis method, or the like.

【0027】本発明の実施例に係るメモリ素子に使われ
る第1メモリセル、第2メモリセル及び第3メモリセル
を各々図2、図3A及び図3Bに示している。
A first memory cell, a second memory cell and a third memory cell used in a memory device according to an embodiment of the present invention are shown in FIGS. 2, 3A and 3B, respectively.

【0028】図2は、本発明の実施例に係るメモリ素子
に使われる第1メモリセルの断面図である。図2を参照
すれば、本発明の実施例に係るメモリ素子に使われる第
1メモリセル23は、第1及び第2絶縁膜20、24と
電荷貯蔵膜22とよりなる。電荷貯蔵膜22は電荷、す
なわち電子と正孔とを貯蔵し、第1及び第2絶縁膜2
0、24の間に形成される。第1及び第2絶縁膜20、
24はシリコンオキシド(SiO2)よりなり、電荷貯
蔵膜22はシリコン(Si)またはシリコン窒化物(S
34)よりなる。特に、Si34薄膜は多数の電荷を
貯蔵できる低電位トラップサイトを提供する。
FIG. 2 is a sectional view of a first memory cell used in a memory device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the first memory cell 23 used in the memory device according to the exemplary embodiment of the present invention includes first and second insulating layers 20 and 24 and a charge storage layer 22. The charge storage film 22 stores charges, that is, electrons and holes, and the first and second insulating films 2
It is formed between 0 and 24. First and second insulating films 20,
24 is made of silicon oxide (SiO 2 ), and the charge storage film 22 is made of silicon (Si) or silicon nitride (S).
i 3 N 4 ). In particular, Si 3 N 4 thin films provide low potential trap sites that can store a large number of charges.

【0029】第1メモリセル23の全体層の厚さは約6
0nmであり、電荷貯蔵膜22の厚さは約15nm以下
であることが望ましい。電荷貯蔵膜22として用いられ
るシリコン膜またはシリコン窒化膜は、100nm以下
の厚さで電子を貯蔵する機能を有することが確認され
た。ここで、第1絶縁膜20は、図1に示すCNT21
から注入される電荷のトンネリングを容易にするように
薄く形成することが望ましい。
The total thickness of the first memory cells 23 is about 6
It is desirable that the thickness is 0 nm and the thickness of the charge storage film 22 is approximately 15 nm or less. It was confirmed that the silicon film or the silicon nitride film used as the charge storage film 22 has a function of storing electrons with a thickness of 100 nm or less. Here, the first insulating film 20 is the CNT 21 shown in FIG.
It is desirable to make it thin so as to facilitate tunneling of charges injected from the inside.

【0030】第2絶縁膜24はゲート電極19から電荷
注入を抑制して電荷貯蔵膜22に貯蔵された電荷を長期
間保持可能に厚く形成することが望ましい。例えば、第
1絶縁膜20は7nmのオキシド薄膜で形成し、電荷貯
蔵膜22は7nmのSi34薄膜で形成し、第2絶縁膜
24は14nmのオキシド薄膜で形成することができ
る。すなわち、第1絶縁膜20、電荷貯蔵膜22及び第
2絶縁膜24の厚さ比が1:1:2となるように形成し
てCNTから移動した電荷を電荷貯蔵膜22に長時間安
定して保持することができる。
It is desirable that the second insulating film 24 is formed thick enough to suppress charge injection from the gate electrode 19 and hold the charges stored in the charge storage film 22 for a long period of time. For example, the first insulating film 20 may be formed of a 7 nm oxide thin film, the charge storage film 22 may be formed of a 7 nm Si 3 N 4 thin film, and the second insulating film 24 may be formed of a 14 nm oxide thin film. That is, the first insulating film 20, the charge storage film 22, and the second insulating film 24 are formed to have a thickness ratio of 1: 1: 2, and the charges transferred from the CNT are stabilized in the charge storage film 22 for a long time. Can be held.

【0031】図3Aは、本発明の実施例に係るメモリ素
子に使われる第2メモリセルの断面図である。図示のよ
うに、本発明の実施例に係るメモリ素子に使われる第2
メモリセル25は、前記ゲート電極19に接触するよう
に形成される第3絶縁膜29と、前記第3絶縁膜29の
下部に蒸着され、電荷貯蔵物質28が充填された複数の
ナノドット27が配される多孔膜26を含む。
FIG. 3A is a cross-sectional view of a second memory cell used in a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in the figure, the second used in the memory device according to the embodiment of the present invention.
The memory cell 25 includes a third insulating layer 29 formed in contact with the gate electrode 19 and a plurality of nano dots 27 deposited under the third insulating layer 29 and filled with a charge storage material 28. The porous film 26 is included.

【0032】前記第3絶縁膜29はシリコンオキシドよ
りなり、電荷貯蔵物質28はシリコンまたはシリコン窒
化物よりなる。望ましくは第3絶縁膜29を多孔膜26
より厚くしてナノドット27の電荷貯蔵物質28を安定
的に貯蔵することができる。
The third insulating layer 29 is made of silicon oxide, and the charge storage material 28 is made of silicon or silicon nitride. Desirably, the third insulating film 29 is replaced with the porous film 26.
The charge storage material 28 of the nanodots 27 can be stably stored by making it thicker.

【0033】図3Bは、本発明の実施例に係るメモリ素
子に使われる第3メモリセル35を示す断面図である。
本発明の実施例に係るメモリ素子に使われる第3メモリ
セル35は、第2メモリセル25の多孔膜26の下部に
絶縁膜がさらに積層された構造であって、第4絶縁膜3
4と、電荷貯蔵物質38とが充填される複数のナノドッ
ト37が位置する多孔膜36と、第5絶縁膜34′とを
備える。第4絶縁膜34は図1に示すゲート電極19か
らの電荷注入を抑制して電荷貯蔵物質38に保持された
電荷を長時間保つために厚く形成されることが望まし
く、第5絶縁膜34′はCNT21から電子または正孔
が容易にトンネリングされて多孔膜36に移動するよう
に薄く形成することが望ましい。
FIG. 3B is a cross-sectional view showing a third memory cell 35 used in the memory device according to the embodiment of the present invention.
The third memory cell 35 used in the memory device according to the embodiment of the present invention has a structure in which an insulating film is further stacked under the porous film 26 of the second memory cell 25, and the fourth insulating film 3
4, a porous film 36 in which a plurality of nanodots 37 filled with the charge storage material 38 are located, and a fifth insulating film 34 ′. The fourth insulating film 34 is preferably formed thick so as to suppress the charge injection from the gate electrode 19 shown in FIG. 1 and keep the charges held in the charge storage material 38 for a long time. It is preferable that the CNTs 21 are thinly formed so that electrons or holes are easily tunneled from the CNTs 21 and move to the porous film 36.

【0034】図4は、図3Bに示す本発明の実施例に係
るメモリ素子に用いられる第3メモリセル35において
第4絶縁膜34はSiO2よりなり、多孔膜36及び第
3絶縁膜34′はAl23よりなり、電荷貯蔵物質38
はSi(またはSi34)よりなるSEM(Scanning E
lectron Microscopy)写真を示している。
FIG. 4 shows that in the third memory cell 35 used in the memory device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3B, the fourth insulating film 34 is made of SiO 2 , and the porous film 36 and the third insulating film 34 'are formed. Is made of Al 2 O 3 and has a charge storage material of 38
Is an SEM (Scanning E) made of Si (or Si 3 N 4 )
lectron Microscopy) A photograph is shown.

【0035】図5A及び図5Bは、本発明の実施例に係
るメモリ素子でソース電極15とドレイン電極17とを
連結するCNT21を示すSEM写真である。生成され
たCNT21は原子力マイクロスコピーを用いて測定し
た結果、約3mmの直径を有すると測定された。
5A and 5B are SEM photographs showing the CNT 21 connecting the source electrode 15 and the drain electrode 17 in the memory device according to the embodiment of the present invention. The produced CNT21 was determined to have a diameter of about 3 mm as measured by atomic force microscopy.

【0036】図6Aないし6Iは、第1メモリセル23
を備える本発明の実施例に係るメモリ素子を製造する方
法を示す工程図である。
6A to 6I show the first memory cell 23.
6A and 6B are process diagrams illustrating a method of manufacturing a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【0037】まず、図6Aに示すように、基板11の上
面に絶縁層13を蒸着した後、その上面にCNT21を
成長させる。CVD技術により生成されるCNTパウダ
ーはクロロホルム溶液に分散された後、絶縁層13上の
複数の地点に塗布されてから乾燥される。図面では一領
域上に形成された単一のCNT21だけを示している。
First, as shown in FIG. 6A, after insulating layer 13 is vapor-deposited on the upper surface of substrate 11, CNT 21 is grown on the upper surface. The CNT powder generated by the CVD technique is dispersed in a chloroform solution, applied to a plurality of points on the insulating layer 13, and then dried. In the drawing, only a single CNT 21 formed on one region is shown.

【0038】次いで、図6Bに示すように、ソース及び
ドレイン電極を形成するための導電性物質層14、例え
ばAuまたはTiのような金属層よりなる物質層14を
絶縁層13上に蒸着した後、マスク12aを導電性物質
層14の上部に位置させ、電子ビームリソグラフィでパ
ターニングする。パターニングの後に形成されたソース
及びドレイン電極15、17をサーマルアニーリング
(thermal annealing)して接触抵抗を減少させること
が望ましい。例えば、真空環境で600℃に約30秒間
急速アニーリングさせることができる。このような方式
で形成されたソース及びドレイン電極15、17を、図
6Cに示す。
Next, as shown in FIG. 6B, a conductive material layer 14 for forming source and drain electrodes, for example, a material layer 14 made of a metal layer such as Au or Ti is deposited on the insulating layer 13. The mask 12a is positioned on the conductive material layer 14 and patterned by electron beam lithography. It is preferable that the source and drain electrodes 15 and 17 formed after patterning be subjected to thermal annealing to reduce contact resistance. For example, it can be rapidly annealed at 600 ° C. for about 30 seconds in a vacuum environment. The source and drain electrodes 15 and 17 formed in this manner are shown in FIG. 6C.

【0039】図6Dないし図6Fは、第1メモリセル2
3を蒸着する工程を示している。図6Dを参照すれば、
ソース及びドレイン電極15、17と、ソース及びドレ
イン電極15、17間に両電極15、17を連結するC
NT21の上部及び、絶縁層13の表面に第1絶縁膜2
0a、電荷貯蔵膜22a及び、第2絶縁膜24aを順次
に蒸着してメモリセル23aを形成する。次いで、図6
Eに示すように、上部にマスク12bを位置させて露光
及び現像した後、図6Fに示すようにソース及びドレイ
ン電極15、17とCNT21の上部に接触する第1メ
モリセル23を形成する。第1メモリセル23はオキシ
ドよりなる第1絶縁膜20、SiまたはSi34よりな
る電荷貯蔵膜22及び、オキシドよりなる第2絶縁膜2
4を含む。オキシド膜を形成するためにはSiH4及び
2ガスを混合してCVD法を用いて、Si34膜を形
成するためにはSiH2Cl2及びNH3ガスを用いる。
6D to 6F show the first memory cell 2
3 shows the step of depositing 3. Referring to FIG. 6D,
Source and drain electrodes 15 and 17, and C connecting both electrodes 15 and 17 between the source and drain electrodes 15 and 17
The first insulating film 2 is formed on the top of the NT 21 and the surface of the insulating layer 13.
0a, the charge storage film 22a, and the second insulating film 24a are sequentially deposited to form the memory cell 23a. Then, FIG.
As shown in FIG. 6E, the mask 12b is positioned on the upper portion, exposed and developed, and then the first memory cell 23 is formed in contact with the source and drain electrodes 15 and 17 and the upper portion of the CNT 21, as shown in FIG. 6F. The first memory cell 23 includes a first insulating film 20 made of oxide, a charge storage film 22 made of Si or Si 3 N 4 , and a second insulating film 2 made of oxide.
Including 4. A CVD method is used to mix SiH 4 and O 2 gases to form the oxide film, and SiH 2 Cl 2 and NH 3 gases are used to form the Si 3 N 4 film.

【0040】図6Gないし6Iは、ゲート電極を形成す
る工程を示している。図6Gを参照すれば、ゲート電極
を形成するための金属層18を絶縁層13の表面に蒸着
してソース及びドレイン電極15、17と、CNT21
とメモリセル23とを塗布する。図6Hに示すように金
属層18の上部にマスク12cを位置させて露光及び現
像してエッチングすれば、図6Iに示すようにゲート電
極19がパターニングされる。
6G to 6I show a process of forming a gate electrode. Referring to FIG. 6G, a metal layer 18 for forming a gate electrode is deposited on the surface of the insulating layer 13 to form source and drain electrodes 15 and 17, and a CNT 21.
And the memory cell 23 are applied. As shown in FIG. 6H, when the mask 12c is positioned on the metal layer 18, exposed, developed and etched, the gate electrode 19 is patterned as shown in FIG. 6I.

【0041】図7Aないし図7Eは、本発明の実施例に
係るメモリ素子に採用される第3メモリセル35の工程
図である。まず、図7Aに示すように、第5絶縁膜3
4′を酸化させれば、上部に第5絶縁膜34′の酸化膜
36′が形成されるが、これに電気を加えて酸化させて
エッチングすれば、図7Bに示すように複数のナノドッ
ト37が形成される多孔膜36が製造される。例えば、
第5絶縁膜34′としてアルミニウムを使用する場合、
これを硫酸溶液または燐酸溶液に入れて電気を加えて酸
化させれば、図に示すような複数のナノドット37が形
成される。このような酸化を陽極酸化という。アルミニ
ウムが酸化されるとアルミナに形成され、体積が若干大
きくなる。
7A to 7E are process diagrams of the third memory cell 35 used in the memory device according to the embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 7A, the fifth insulating film 3
When the oxide film 4'is oxidized, an oxide film 36 'of the fifth insulating film 34' is formed on the upper part. When the oxide film 36 'is oxidized by applying electricity to the oxide film 36', a plurality of nanodots 37 are formed as shown in FIG. The porous film 36 in which is formed is manufactured. For example,
When aluminum is used as the fifth insulating film 34 ',
When this is placed in a sulfuric acid solution or a phosphoric acid solution and electricity is applied to oxidize it, a plurality of nanodots 37 as shown in the figure are formed. Such oxidation is called anodization. When aluminum is oxidized, it is formed into alumina and its volume becomes slightly larger.

【0042】次いで、図7Cに示すように、この複数の
ナノドット37に電荷貯蔵膜22をなす物質として使わ
れるシリコンまたはシリコン窒化物をCVD、スパッタ
リング等を用いて充填し、図7Dに示すように乾式エッ
チングすれば、電荷を捕集しうる多孔膜36が形成され
る。図7Eに示すように、上面に第4絶縁膜34を蒸着
すれば、第3メモリセル35が完成される。このような
第3メモリセル35を備えるメモリ素子を製造する方法
は、図6Aないし図6Cに示すようにCNT21とソー
ス及びドレイン電極15、17を形成した後、第3メモ
リセル35をCNT21の上部に形成し、第3メモリセ
ル35の形成後、図6Gないし6Iに示すような工程を
用いてゲート電極19を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 7C, the plurality of nanodots 37 are filled with silicon or silicon nitride used as a material forming the charge storage film 22 by using CVD, sputtering, etc., and as shown in FIG. 7D. If dry etching is performed, a porous film 36 capable of collecting charges is formed. As shown in FIG. 7E, the third memory cell 35 is completed by depositing the fourth insulating film 34 on the upper surface. As shown in FIGS. 6A to 6C, the method of manufacturing the memory device including the third memory cell 35 includes forming the CNT 21 and the source and drain electrodes 15 and 17, and then mounting the third memory cell 35 on the CNT 21. Then, after forming the third memory cell 35, the gate electrode 19 can be formed by using the steps shown in FIGS. 6G to 6I.

【0043】第2メモリセル25も類似した方法で形成
されうる。第3メモリセル35を形成する工程で第5絶
縁膜34′を完全に酸化させて複数のナノドット27を
有する多孔膜26を形成し、ナノドット27に電荷貯蔵
物質28を充填してエッチングした後、上部に第3絶縁
膜29を蒸着すれば図3Aに示すような第2メモリセル
25が形成される。
The second memory cell 25 can be formed in a similar manner. In the process of forming the third memory cell 35, the fifth insulating film 34 'is completely oxidized to form the porous film 26 having the plurality of nanodots 27, and the nanodots 27 are filled with the charge storage material 28 and etched. By depositing the third insulating film 29 on the upper portion, the second memory cell 25 as shown in FIG. 3A is formed.

【0044】本発明の実施例に係るメモリ素子におい
て、ソース電極15を接地し、ドレイン電極17に正電
圧を印加すればCNT21に電子が移動して電流が流れ
ることになる。この際、ゲート電極19に、ドレイン電
極17に与えられたドレイン電圧より高い所定のゲート
電圧を印加すれば電子がCNT21からメモリセル2
3、25、35に移動して第1絶縁膜20または第5絶
縁膜34′をトンネリングして電荷貯蔵膜22またはナ
ノドット27、37に移動する。ゲート電圧とドレイン
電圧とを適切に調節して電荷貯蔵膜22及びナノドット
27、37に電子を貯蔵、消去及び流出して情報の記
録、除去及び再生を行うことができる。
In the memory device according to the embodiment of the present invention, if the source electrode 15 is grounded and a positive voltage is applied to the drain electrode 17, electrons move to the CNT 21 and a current flows. At this time, if a predetermined gate voltage higher than the drain voltage applied to the drain electrode 17 is applied to the gate electrode 19, electrons are transferred from the CNT 21 to the memory cell 2.
3, 25 and 35 are tunneled to the first insulating film 20 or the fifth insulating film 34 ′ to move to the charge storage film 22 or the nanodots 27 and 37. By properly adjusting the gate voltage and the drain voltage, electrons can be stored, erased, and flowed out in the charge storage film 22 and the nanodots 27 and 37 to record, remove, and reproduce information.

【0045】図8Aは、単一の上部ゲート電極と、その
下部に位置する多数のソース及びドレイン電極、CNT
を含むメモリ素子の平面図である。図8Bは、図8Aの
一ソース電極Sとドレイン電極D間にCNTが連結され
た写真を示している。
FIG. 8A shows a single upper gate electrode and a number of source and drain electrodes, CNTs, located therebelow.
FIG. 3 is a plan view of a memory device including 8B shows a photograph in which CNTs are connected between the source electrode S and the drain electrode D of FIG. 8A.

【0046】本発明の実施例に係るメモリ素子はメモリ
セルを構成する貯蔵膜の材質と厚さ、多孔膜に配される
複数のナノドットの直径と長さ及び、前記ナノチューブ
チャンネルを充填する物質の材質を適切に調節してゲー
ト電圧及びソース−ドレイン電圧を適切に調整して揮発
性または不揮発性メモリで動作させることができる。
In the memory device according to the embodiment of the present invention, the material and thickness of the storage film forming the memory cell, the diameter and length of the plurality of nanodots arranged in the porous film, and the material filling the nanotube channel. The material may be appropriately adjusted to control the gate voltage and the source-drain voltage to operate the volatile or non-volatile memory.

【0047】図9は、本発明の実施例に係るメモリ素子
でゲート電圧が0Vから10Vに変動する場合、ソース
及びドレイン電極間の電圧とソース及びドレイン電極間
の電流との関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the voltage between the source and drain electrodes and the current between the source and drain electrodes when the gate voltage changes from 0V to 10V in the memory device according to the embodiment of the present invention. is there.

【0048】f1は、ゲート電圧が0Vである場合、ソ
ース−ドレイン電圧Vsdの変化に関係なくソース−ドレ
イン電流Isdが0となることを示している。
F 1 indicates that when the gate voltage is 0 V, the source-drain current I sd becomes 0 regardless of the change in the source-drain voltage V sd .

【0049】f2は、ゲート電圧が10Vである場合、
ソース及びドレイン電圧Vsdが正の値で増加すれば、ソ
ース−ドレイン電流Isdが0Aから約1000nAまで
増加することを示し、ソース−ドレイン電圧が負の値で
減少する場合、0Aから約−1000nAまで減少する
ことを示している。
When the gate voltage is 10 V, f 2 is
It is shown that the source-drain current I sd increases from 0 A to about 1000 nA when the source and drain voltage V sd increases with a positive value, and from 0 A to − when the source-drain voltage decreases with a negative value. It shows that it decreases to 1000 nA.

【0050】一定のソース−ドレイン電圧でゲート電圧
が0である場合、ソース−ドレイン間に電子移動がない
ので情報が記録できず、ゲート電圧が0より大きい場合
にソース−ドレイン電流が流れ始めてゲート電圧を増加
させつつ所定数の電子を捕獲して情報を貯蔵することが
できる。
When the gate voltage is 0 at a constant source-drain voltage, information cannot be recorded because there is no electron transfer between the source-drain, and when the gate voltage is higher than 0, the source-drain current starts to flow and the gate Information can be stored by capturing a predetermined number of electrons while increasing the voltage.

【0051】図10は、28nm ONO薄膜よりなる
電荷貯蔵膜を有するCNT FET(Field Effect Tran
sistor)でゲート電圧の変化に対するソース及びドレイ
ン電極間電流Isdの変化を示すグラフである。
FIG. 10 shows a CNT FET (Field Effect Transistor) having a charge storage film made of a 28 nm ONO thin film.
sistor) is a graph showing changes in the current I sd between the source and drain electrodes with respect to changes in the gate voltage.

【0052】ソース及びドレイン電極間電流Isdは負の
ゲート電圧が増加するほど共に増加し、正のゲート電圧
では数フェムトアンペア(fA)まで減少するp型CN
TFETの電流−電圧(I−V)特性を示す。オフ状態
の電流Ioffに対するオン状態の電流Ion比(Io
n/Ioff)はゲート電極が−4V〜4Vに変わる場
合、Vsd=1Vである時、105を超えるものと現れ
る。オフ状態の電流は測定期間の間に数pA未満に保た
れた。これはメモリ素子のゲート電極が位置する構造と
ONO薄膜の高いブレークダウン電圧によったものと見
なされる。フラッシュ型メモリではIon/Ioff比
率が高いほどスレショルド電圧が高まって性能が向上さ
れる。
The current I sd between the source and drain electrodes increases together as the negative gate voltage increases, and decreases to several femtoampere (fA) at the positive gate voltage p-type CN.
The current-voltage (IV) characteristic of TFET is shown. The ratio of the on-state current Ion to the off-state current Ioff (Io
When the gate electrode changes from −4V to 4V, n / Ioff) exceeds 10 5 when Vsd = 1V. The off-state current was kept below a few pA during the measurement period. This is considered to be due to the structure in which the gate electrode of the memory element is located and the high breakdown voltage of the ONO thin film. In the flash type memory, the higher the Ion / Ioff ratio, the higher the threshold voltage and the better the performance.

【0053】図11Aは、7nm厚さのメモリセル(S
iO2/Si34/SiO2)を備えるP型CNTメモリ
素子の電流−電圧(I−V)特性を示し、図11Bは3
0nm厚さのメモリセル(SiO2/Si34/Si
2)を備えるN型CNTメモリ素子の電流−電圧(I
−V)特性を示す。
FIG. 11A shows a memory cell (S
FIG. 11B shows current-voltage (IV) characteristics of a P-type CNT memory device including iO 2 / Si 3 N 4 / SiO 2 ).
0 nm thick memory cell (SiO 2 / Si 3 N 4 / Si
O 2) current of the N-type CNT memory device including a - voltage (I
-V) shows characteristics.

【0054】図11Aを参照すれば、P型CNTメモリ
素子においてIdはVsdの高低によって多少の差はある
が、ゲート電圧Vgが約2.5Vとなれば、ドレイン電
流Idが急激に減少する現象を示す。
Referring to FIG. 11A, in the P-type CNT memory device, Id has some difference depending on the level of V sd , but when the gate voltage Vg is about 2.5 V, the drain current Id sharply decreases. Indicates a phenomenon.

【0055】図11Bを参照すれば、N型CNTメモリ
素子でドレイン電流IdはVsd=3Vである時、ゲート
電圧が4V以上になれば明確なヒステリシス現象を示
す。
Referring to FIG. 11B, in the N-type CNT memory device, when the drain current Id is V sd = 3V, a clear hysteresis phenomenon occurs when the gate voltage is 4V or more.

【0056】図12は、N型CNTメモリ素子で相異な
るVsdが印加される時、ゲート電圧Vgが0Vから1V
に変化することによるドレイン電流Idの変化を示すグ
ラフである。
FIG. 12 shows a gate voltage Vg of 0V to 1V when different V sd is applied to the N-type CNT memory device.
7 is a graph showing a change in drain current Id due to a change in.

【0057】図面を参照すれば、n1はVsdが0Vであ
る時、n2はVsdが−5Vである時、n3はVsdが−
5.5Vである時、n4はVsdが−6Vである時、n5
はV sdが−6.5Vである時のVgに対するIdの変化
を示す。n1ないしn5からIdはVgの増加に伴って
増加していて約0.6V飽和されることを見られる。
Referring to the drawings, n1 is VsdIs 0V
N2 is VsdIs -5V, n3 has Vsd-
When it is 5.5V, n4 is VsdIs -6V, n5
Is V sdOf Id with respect to Vg when is −6.5V
Indicates. Id from n1 to n5 increases with Vg
It can be seen that it increases and is saturated by about 0.6V.

【0058】hをメモリセル、すなわちONO膜の厚さ
とし、L及びrを各々CNTの長さと半径とする場合、
単位長さ当りCNTの静電容量は数式1のようである。
When h is the thickness of the memory cell, that is, the ONO film, and L and r are the length and radius of the CNT, respectively,
The capacitance of CNT per unit length is as shown in Equation 1.

【0059】[0059]

【数1】 [Equation 1]

【0060】ONO膜の有効誘電定数=−3,h=30
nm,r=1.5nm,L=1μm及び、欠損ゲート電
圧(Vgd)=2Vを数式1に代入すれば、正孔密度Pは
580μm-1が得られる。この際、正孔モビリティー
(μh)は数式2として提示される。
Effective dielectric constant of ONO film = -3, h = 30
By substituting nm, r = 1.5 nm, L = 1 μm, and a defective gate voltage (V gd ) = 2 V into Equation 1, the hole density P is 580 μm −1 . At this time, the hole mobility (μ h ) is presented as Equation 2.

【0061】[0061]

【数2】 [Equation 2]

【0062】この値はSWNT(Single wall nanotub
e)及びMWNT(Multi wall nanotube)の正孔モビリ
ティーより高い値である。
This value is SWNT (Single wall nanotub
It is higher than the hole mobility of e) and MWNT (Multi wall nanotube).

【0063】図13は、同じメモリ素子でId=50n
Aで一定した場合、Vgの変化によるスレショルド電圧
の変化を示すグラフである。
FIG. 13 shows the same memory device with Id = 50n.
9 is a graph showing a change in threshold voltage due to a change in Vg when A is constant.

【0064】印加される正のゲート電圧はスレショルド
電圧を上昇させるが、これは正孔がCNTからONO薄
膜に注入されてトラップサイトが正孔で充填されること
を意味する。0Vから7Vにゲート電圧Vgが増加する
時、スレショルド電圧は約60mVが増加して正孔が準
量子化(quasi-quantized)されたことが分かる。
The applied positive gate voltage raises the threshold voltage, which means that holes are injected from the CNT into the ONO thin film and the trap sites are filled with holes. It can be seen that when the gate voltage Vg increases from 0V to 7V, the threshold voltage increases by about 60 mV and the holes are quasi-quantized.

【0065】図14は、CNTとゲート電極間の電場の
簡略なダイヤグラムと、CNTとゲート電極間の単位距
離当りゲート表面で誘導される表面電荷密度σのグラフ
を示している。
FIG. 14 shows a simplified diagram of the electric field between the CNT and the gate electrode and a graph of the surface charge density σ induced on the gate surface per unit distance between the CNT and the gate electrode.

【0066】図14を参照すれば、ゲート電圧はCNT
の表面周囲に高い電場を形成する。ゲート電極は完璧な
コンダクターと見なしてCNT直径を3nmとする時、
CNTとゲート電極間のONO薄膜は有効誘電定数3を
有する単一層であると仮定できるので、CNT近くの電
場を計算できる。ゲート電圧が5Vである場合、計算さ
れる電場は970V/μmであり、その大きさはファウ
ラノドハイム(Fowller Nodheim)形態のトンネリング
を生成するのに十分である。しかも、トンネリングされ
た電荷が電場ラインに沿って流れれば、電荷は誘導され
た電荷分布により計算される電場の強度に比例して窒化
膜にトラップされる。計算において全体トンネリングさ
れた電荷の70%は電荷密度ピック値のFWHM(Full
Width at Half Maximum)に対応し、ONO薄膜の14
nm厚さの窒化薄膜に注入されうる。室温で電荷は量子
点の大きさが10nm以下である時、量子化されるもの
と知られている。グラフを参照すれば、誘導電荷密度σ
はCNTに近づくほど増加する。
Referring to FIG. 14, the gate voltage is CNT.
Creates a high electric field around the surface of the. When the gate electrode is regarded as a perfect conductor and the CNT diameter is 3 nm,
Since the ONO thin film between the CNT and the gate electrode can be assumed to be a single layer with an effective dielectric constant of 3, the electric field near the CNT can be calculated. When the gate voltage is 5V, the calculated electric field is 970V / μm, the magnitude of which is sufficient to generate Fowller Nodheim-shaped tunneling. Moreover, if the tunneled charges flow along the electric field line, the charges are trapped in the nitride film in proportion to the intensity of the electric field calculated from the induced charge distribution. In the calculation, 70% of all the tunneled charges are FWHM (Full
Width at Half Maximum), which corresponds to 14 of ONO thin film.
It may be implanted into a nitride thin film having a thickness of nm. It is known that charges are quantized at room temperature when the size of quantum dots is 10 nm or less. Referring to the graph, induced charge density σ
Increases as it approaches CNT.

【0067】図15は、100秒間のドレイン電流Id
の変化を示すグラフである。局所化された電荷分布は局
所化されたCNTの高い電場分布によって窒化膜内に誘
導でき、局所的な領域にトラップされた電荷は電荷が貯
蔵されていない領域に拡散されうるが、全体電流は図示
のように時間が経過しても一定に残っている。これより
CNTメモリ素子のONO薄膜に電荷を貯蔵するトラッ
プサイトはフラッシュメモリの量子点として作用するこ
とが分かる。
FIG. 15 shows the drain current Id for 100 seconds.
It is a graph which shows the change of. The localized electric charge distribution can be induced in the nitride film by the high electric field distribution of the localized CNT, and the electric charge trapped in the local area can be diffused to the area where the electric charge is not stored, but the total current is As shown, it remains constant over time. From this, it can be seen that the trap sites that store charges in the ONO thin film of the CNT memory device act as quantum points of the flash memory.

【0068】本発明はCNT−FET及びONO薄膜を
用いる不揮発性メモリであって、電荷はONO薄膜のト
ラップサイトに貯蔵される。貯蔵された電荷は60mV
程度の量子化された電圧増加分を有する。これはONO
薄膜が準量子化されたエネルギー状態を有することを示
す。量子化された状態はナノスケールのCNTチャンネ
ルに係る局所化された高電場と関係があり、CNTメモ
リ素子が超高密度大容量フラッシュメモリとして作動可
能であることを示す。
The present invention is a non-volatile memory using a CNT-FET and an ONO thin film, in which charges are stored at trap sites of the ONO thin film. The stored charge is 60 mV
It has a quantized voltage increment of the order. This is ONO
It is shown that the thin film has a quasi-quantized energy state. The quantized state is associated with the localized high electric field associated with the nanoscale CNT channels, indicating that the CNT memory device can be operated as an ultra-dense high-capacity flash memory.

【0069】本発明の実施例に係るメモリ素子は、既存
の半導体素子においてソースとドレイン間の電子の移動
に必要なイオン注入型チャンネルの代りにCNTを用い
て電荷を貯蔵する電荷貯蔵膜またはナノドットを有する
多孔膜を備えるために別途のキャパシタが要らない。
The memory device according to the embodiment of the present invention uses a charge storage film or nanodots that store charges by using CNTs instead of the ion-implanted channel required for electron transfer between the source and the drain in the existing semiconductor device. No additional capacitor is required because the porous film having the above is provided.

【0070】また、高電子伝導度及び熱伝導度の特性を
有するCNTを電子移動チャンネルとして用いて小型の
トランジスタが製造できて高集積、高効率のメモリ素子
を具現できる。
Also, by using CNT having high electron conductivity and thermal conductivity as an electron transfer channel, a small transistor can be manufactured, and a highly integrated and highly efficient memory device can be realized.

【0071】前述した多くの事項が具体的に記載されて
いるが、それらは発明の範囲を限定するためのものでは
なく、望ましい実施例の例示として解釈されねばならな
い。
While many of the foregoing items have been specifically described, they should not be construed as limiting the scope of the invention, but rather should be construed as illustrative of the preferred embodiment.

【0072】例えば、本発明が属する技術分野で当業者
ならば本発明の技術的思想により電荷貯蔵膜または電荷
貯蔵物質として電子を捕獲する特性に優れた他の物質を
利用できる。よって、本発明の範囲は前記実施例によっ
て決ることではなく、特許請求の範囲の技術的思想によ
ってのみ決るべきである。
For example, those skilled in the art to which the present invention pertains can use other materials having excellent characteristics of trapping electrons as the charge storage film or the charge storage material according to the technical idea of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be determined by the above embodiments, but should be determined only by the technical idea of the claims.

【0073】[0073]

【発明の効果】前述したように本発明に係るメモリ素子
は、高伝導度のCNTを用いる小型のトランジスタと電
子を貯蔵するメモリセルとを備えるので、高効率の高集
積メモリ素子が具現できる。
As described above, since the memory device according to the present invention includes the small transistor using the high conductivity CNT and the memory cell for storing electrons, a highly efficient and highly integrated memory device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係るメモリ素子の斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用される
第1メモリセルの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a first memory cell used in a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図3A】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用され
る第2メモリセルを示す断面図である。
FIG. 3A is a cross-sectional view showing a second memory cell used in a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図3B】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用され
る第3メモリセルを示す断面図である。
FIG. 3B is a cross-sectional view showing a third memory cell used in a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用される
第3メモリセルのSEM写真である。
FIG. 4 is a SEM photograph of a third memory cell used in a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図5A】本発明の実施例に係るメモリ素子における、
ソース電極とドレイン電極とを連結する炭素ナノチュー
ブを示すSEM写真である。
FIG. 5A shows a memory device according to an embodiment of the present invention,
5 is an SEM photograph showing carbon nanotubes connecting a source electrode and a drain electrode.

【図5B】本発明の実施例に係るメモリ素子における、
ソース電極とドレイン電極とを連結する炭素ナノチュー
ブを示すSEM写真である。
FIG. 5B is a memory device according to an embodiment of the present invention,
5 is an SEM photograph showing carbon nanotubes connecting a source electrode and a drain electrode.

【図6A】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、基板上面に形成し
た絶縁層の上にCNTを成長させる工程を示す。
FIG. 6A is a manufacturing process diagram of a memory device according to an embodiment of the present invention which employs a first memory cell, and illustrates a process of growing CNTs on an insulating layer formed on a top surface of a substrate.

【図6B】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、導電性物質層の上
部にマスクを配置する工程を示す。
FIG. 6B is a manufacturing process diagram of a memory device according to an embodiment of the present invention that employs a first memory cell, showing a process of disposing a mask on the conductive material layer.

【図6C】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、ソース電極及びド
レイン電極形成後を示す。
FIG. 6C is a manufacturing process diagram of the memory device according to the embodiment of the present invention which employs the first memory cell, and illustrates a state after the formation of the source electrode and the drain electrode.

【図6D】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、第1絶縁膜、電荷
貯蔵膜、第2絶縁膜を順次成膜する工程を示す。
FIG. 6D is a manufacturing process diagram of a memory device according to an embodiment of the present invention which employs a first memory cell, and shows a process of sequentially forming a first insulating film, a charge storage film, and a second insulating film.

【図6E】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、マスキング・露光
・現像工程を示す。
FIG. 6E is a manufacturing process diagram of a memory device according to an embodiment of the present invention which employs a first memory cell, and shows a masking / exposure / developing process.

【図6F】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、第1メモリセル形
成後を示す。
FIG. 6F is a manufacturing process diagram of a memory device according to an embodiment of the present invention which employs a first memory cell, showing a state after the formation of the first memory cell.

【図6G】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、ゲート電極を形成
するための金属層を蒸着する工程を示す。
FIG. 6G is a manufacturing process diagram of a memory device according to an embodiment of the present invention employing a first memory cell, showing a process of depositing a metal layer for forming a gate electrode.

【図6H】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、ゲート電極を形成
するためのマスキング・露光・現像工程を示す。
FIG. 6H is a manufacturing process diagram of the memory device according to the embodiment of the present invention which employs the first memory cell, and shows a masking / exposure / development process for forming a gate electrode.

【図6I】第1メモリセルを採用する本発明の実施例に
係るメモリ素子の製造工程図であり、ゲート電極のパタ
ーニング後を示す。
FIG. 6I is a manufacturing process diagram of a memory device according to an embodiment of the present invention that employs a first memory cell, showing a state after patterning of a gate electrode.

【図7A】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用され
る第3メモリセルの製造工程図であり、酸化膜形成工程
を示す。
FIG. 7A is a manufacturing process diagram of a third memory cell employed in the memory device according to the embodiment of the present invention, showing an oxide film forming process.

【図7B】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用され
る第3メモリセルの製造工程図であり、多孔膜形成工程
を示す。
FIG. 7B is a manufacturing process diagram of a third memory cell employed in the memory device according to the embodiment of the present invention, which shows a porous film forming process.

【図7C】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用され
る第3メモリセルの製造工程図であり、ナノドットにシ
リコン又はシリコン窒化物を充填する工程を示す。
FIG. 7C is a manufacturing process diagram of a third memory cell used in the memory device according to the embodiment of the present invention, which illustrates a process of filling the nanodots with silicon or silicon nitride.

【図7D】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用され
る第3メモリセルの製造工程図であり、乾式エッチング
後の多孔膜を示す。
FIG. 7D is a manufacturing process diagram of a third memory cell employed in a memory device according to an embodiment of the present invention, showing a porous film after dry etching.

【図7E】本発明の実施例に係るメモリ素子に採用され
る第3メモリセルの製造工程図であり、第4絶縁膜を成
膜して第3メモリセルを形成する工程を示す。
FIG. 7E is a manufacturing process diagram of a third memory cell employed in a memory device according to an embodiment of the present invention, which shows a process of forming a fourth insulating film to form a third memory cell.

【図8A】本発明の実施例に係るメモリ素子の構造を示
す平面図であり、
8A is a plan view showing a structure of a memory device according to an embodiment of the present invention, FIG.

【図8B】図8Aのソース及びドレイン電極間CNTチ
ャンネルを示す図面である。
FIG. 8B is a view showing a CNT channel between the source and drain electrodes of FIG. 8A.

【図9】本発明の実施例に係るメモリ素子においてソー
ス−ドレイン間電圧Vsdの変化に対するソース−ドレ
イン間電流Isdの変化を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing changes in the source-drain current Isd with respect to changes in the source-drain voltage Vsd in the memory device according to the example of the present invention.

【図10】本発明の実施例に係るメモリ素子においてゲ
ート電圧Vgの変化に対するソース−ドレイン間電流I
sdの変化を示すグラフである。
FIG. 10 shows a source-drain current I with respect to a change in gate voltage Vg in a memory device according to an embodiment of the present invention.
It is a graph which shows change of sd.

【図11A】本発明の実施例に係るP型メモリ素子のゲ
ート電圧Vgの変化に対するソース−ドレイン間電流I
sdの変化を示すグラフである。
FIG. 11A is a diagram showing a source-drain current I of a P-type memory device according to an embodiment of the present invention with respect to a change in gate voltage Vg.
It is a graph which shows change of sd.

【図11B】本発明の実施例に係るN型メモリ素子のゲ
ート電圧Vgの変化に対するソース−ドレイン間電流I
sdの変化を示すグラフである。
FIG. 11B shows a source-drain current I with respect to a change in the gate voltage Vg of the N-type memory device according to the embodiment of the present invention.
It is a graph which shows change of sd.

【図12】本発明の実施例に係るN型メモリ素子におい
て所定のソース−ドレイン間電圧でゲート電圧Vgの変
化に対するドレイン電流Idの変化を示すグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph showing changes in the drain current Id with respect to changes in the gate voltage Vg at a predetermined source-drain voltage in the N-type memory device according to the example of the present invention.

【図13】本発明の実施例に係るメモリ素子においてド
レイン電流Idが50nAである時、ゲート電圧Vgの
変化に対するスレショルド電圧Vthの変化を示すグラ
フである。
FIG. 13 is a graph showing changes in the threshold voltage Vth with respect to changes in the gate voltage Vg when the drain current Id is 50 nA in the memory device according to the embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施例に係るメモリ素子においてC
NTとゲート電極間の電場と、本発明の実施例に係るメ
モリ素子でCNTとゲート電極間の単位距離当りゲート
表面から誘導される表面電荷密度σのグラフである。
FIG. 14 shows C in a memory device according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph of an electric field between NT and a gate electrode and a surface charge density σ induced from a gate surface per unit distance between CNT and a gate electrode in a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

【図15】本発明の実施例に係るメモリ素子において1
00秒間のドレイン電流Idの変化を示すグラフであ
る。
FIG. 15 shows a memory device 1 according to an embodiment of the present invention.
It is a graph which shows change of drain current Id for 00 seconds.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 13 絶縁層 15 ソース電極 17 ドレイン電極 19 ゲート電極 21 CNT 23 メモリセル 11 board 13 Insulation layer 15 Source electrode 17 Drain electrode 19 Gate electrode 21 CNT 23 memory cells

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/788 29/792 (72)発明者 柳 寅 ▲敬▼ 大韓民国 京畿道 水原市 八達区 靈通 洞 973−3番地 斗山アパート 805棟 505号 (72)発明者 周 齊 ▲立▼ 大韓民国 京畿道 光明市 所下1洞 55 番地 東洋アパート 101棟 1802号 Fターム(参考) 5F083 EP17 EP42 ER11 JA02 JA04 JA19 JA32 JA38 JA39 PR21 PR34 5F101 BA45 BA47 BC02 BD13 BH02 BH16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme Coat (reference) H01L 29/788 29/792 (72) Inventor Tora Yanagi ▲ Respect ▼ Yotsutsu-dong, Daedang-gu, Suwon-si, Gyeonggi-do, Republic of Korea 973-3 Address Doosan Apartment 805 Building No. 505 (72) Inventor Zhou Qin ▲ Standing ▼ South Korea 1 Gwangmyeong-si Gyeonggi-do 1-dong 55 Toyo Apartment 101 Building 1802 F Term (reference) 5F083 EP17 EP42 ER11 JA02 JA04 JA19 JA32 JA38 JA39 PR21 PR34 5F101 BA45 BA47 BC02 BD13 BH02 BH16

Claims (36)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 前記基板上に所定間隔離隔して位置し、電圧が印加され
るソース電極及びドレイン電極と、 前記ソース電極とドレイン電極とを連結し、電子移動の
チャンネルとなる炭素ナノチューブと、 前記炭素ナノチューブの上部に位置し、前記炭素ナノチ
ューブから流入する電荷を貯蔵するメモリセルと、 前記メモリセルの上部と接触し、前記炭素ナノチューブ
から前記メモリセルに流入する電荷量を調節するゲート
電極と、を備えることを特徴とする炭素ナノチューブメ
モリ素子。
1. A substrate, a source electrode and a drain electrode, which are spaced apart from each other on the substrate by a predetermined distance and to which a voltage is applied, and the source electrode and the drain electrode are connected to each other to form a channel for electron transfer. A nanotube, a memory cell located above the carbon nanotube and storing charges flowing from the carbon nanotube, and contacting an upper portion of the memory cell to adjust a charge amount flowing from the carbon nanotube into the memory cell. A carbon nanotube memory device comprising: a gate electrode.
【請求項2】 前記基板はシリコン基板であることを特
徴とする請求項1に記載の炭素ナノチューブメモリ素
子。
2. The carbon nanotube memory device of claim 1, wherein the substrate is a silicon substrate.
【請求項3】 前記基板の上部にシリコンオキシド膜が
積層されたことを特徴とする請求項2に記載の炭素ナノ
チューブメモリ素子。
3. The carbon nanotube memory device of claim 2, further comprising a silicon oxide layer stacked on the substrate.
【請求項4】 前記メモリセルは、 前記炭素ナノチューブの上部に前記炭素ナノチューブと
接触するように形成される第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜の上部に蒸着され、電荷を貯蔵する電荷
貯蔵膜と、 前記電荷貯蔵膜の上部に形成され、前記ゲート電極と接
触する第2絶縁膜と、を備えることを特徴とする請求項
1に記載の炭素ナノチューブメモリ素子。
4. The memory cell comprises a first insulating layer formed on the carbon nanotube so as to contact the carbon nanotube, and a charge storage layer that is deposited on the first insulating layer to store charges. The carbon nanotube memory device of claim 1, further comprising a film and a second insulating film formed on the charge storage film and contacting the gate electrode.
【請求項5】 前記第1絶縁膜は前記電荷貯蔵膜とほぼ
同じ厚さを有することを特徴とする請求項4に記載の炭
素ナノチューブメモリ素子。
5. The carbon nanotube memory device of claim 4, wherein the first insulating layer has substantially the same thickness as the charge storage layer.
【請求項6】 前記第2絶縁膜は前記電荷貯蔵膜より約
2倍の厚さを有することを特徴とする請求項4に記載の
炭素ナノチューブメモリ素子。
6. The carbon nanotube memory device of claim 4, wherein the second insulating layer has a thickness about twice that of the charge storage layer.
【請求項7】 前記第1及び第2絶縁膜はシリコンオキ
シド膜であることを特徴とする請求項4に記載の炭素ナ
ノチューブメモリ素子。
7. The carbon nanotube memory device of claim 4, wherein the first and second insulating layers are silicon oxide layers.
【請求項8】 前記電荷貯蔵膜はシリコン膜またはシリ
コン窒化膜であることを特徴とする請求項4に記載の炭
素ナノチューブメモリ素子。
8. The carbon nanotube memory device of claim 4, wherein the charge storage layer is a silicon layer or a silicon nitride layer.
【請求項9】 前記電荷貯蔵膜は15nm以下の厚さを
有することを特徴とする請求項4に記載の炭素ナノチュ
ーブメモリ素子。
9. The carbon nanotube memory device of claim 4, wherein the charge storage layer has a thickness of 15 nm or less.
【請求項10】 前記電荷貯蔵膜は電荷貯蔵物質で充填
される複数のナノドットが配される多孔膜であることを
特徴とする請求項4に記載の炭素ナノチューブメモリ素
子。
10. The carbon nanotube memory device of claim 4, wherein the charge storage layer is a porous layer having a plurality of nanodots filled with a charge storage material.
【請求項11】 前記メモリセルは、 前記ゲート電極の下部に形成され、前記ゲート電極と接
触する第3絶縁膜と、前記第3絶縁膜の下部に形成さ
れ、前記炭素ナノチューブと接触し、電荷貯蔵物質で充
填される複数のナノドットが配される多孔膜と、を備え
ることを特徴とする請求項1に記載の炭素ナノチューブ
メモリ素子。
11. The memory cell is formed under the gate electrode, and has a third insulating film that is in contact with the gate electrode, and the memory cell is under the third insulating film and is in contact with the carbon nanotube. The carbon nanotube memory device of claim 1, further comprising: a porous film having a plurality of nanodots filled with a storage material.
【請求項12】 前記第3絶縁膜は前記多孔膜より約2
倍の厚さを有することを特徴とする請求項11に記載の
炭素ナノチューブメモリ素子。
12. The third insulating film is about 2 times thicker than the porous film.
The carbon nanotube memory device of claim 11, wherein the carbon nanotube memory device has a double thickness.
【請求項13】 前記第3絶縁膜は前記多孔膜とほぼ同
じ厚さを有することを特徴とする請求項11に記載の炭
素ナノチューブメモリ素子。
13. The carbon nanotube memory device of claim 11, wherein the third insulating layer has the same thickness as the porous layer.
【請求項14】 前記第3絶縁膜はシリコンオキシド膜
であることを特徴とする請求項11に記載の炭素ナノチ
ューブメモリ素子。
14. The carbon nanotube memory device of claim 11, wherein the third insulating layer is a silicon oxide layer.
【請求項15】 前記電荷貯蔵物質はシリコンまたはシ
リコン窒化物であることを特徴とする請求項10または
11に記載の炭素ナノチューブメモリ素子。
15. The carbon nanotube memory device of claim 10, wherein the charge storage material is silicon or silicon nitride.
【請求項16】 前記多孔膜はアルミニウムオキシド膜
であることを特徴とする請求項10または11に記載の
炭素ナノチューブメモリ素子。
16. The carbon nanotube memory device of claim 10, wherein the porous film is an aluminum oxide film.
【請求項17】 前記ナノドットは15nm以下の直径
を有することを特徴とする請求項10または11に記載
の炭素ナノチューブメモリ素子。
17. The carbon nanotube memory device of claim 10, wherein the nanodot has a diameter of 15 nm or less.
【請求項18】 基板上に炭素ナノチューブを成長させ
た後、前記炭素ナノチューブを電荷移動チャンネルとす
るソース電極とドレイン電極とを炭素ナノチューブと接
触するように形成する第1段階と、 前記炭素ナノチューブ、前記ソース電極及びドレイン電
極の上部に第1絶縁膜、電荷貯蔵膜及び第2絶縁膜を順
次に蒸着した後、フォトリソグラフィ工程を用いてパタ
ーニングして前記炭素ナノチューブと接触するメモリセ
ルを形成する第2段階と、 前記第2絶縁膜の上部に金属層を蒸着した後、フォトリ
ソグラフィ工程を用いてパターニングして前記炭素ナノ
チューブから前記電荷貯蔵膜に流入する電荷量を調節す
るゲート電極を形成する第3段階と、を含むことを特徴
とする炭素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
18. A first step of growing a carbon nanotube on a substrate, and forming a source electrode and a drain electrode using the carbon nanotube as a charge transfer channel so as to contact the carbon nanotube, the carbon nanotube, A first insulating layer, a charge storage layer and a second insulating layer are sequentially deposited on the source electrode and the drain electrode, and then patterned using a photolithography process to form a memory cell contacting the carbon nanotube. Forming a gate electrode for controlling an amount of charges flowing from the carbon nanotubes into the charge storage layer by patterning using a photolithography process after depositing a metal layer on the second insulating layer in two steps. A method of manufacturing a carbon nanotube memory device, comprising:
【請求項19】 前記第1段階において、前記基板の上
面に絶縁層を形成し、前記絶縁層の上面に炭素ナノチュ
ーブを成長させることを特徴とする請求項18に記載の
炭素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
19. The method of claim 18, wherein in the first step, an insulating layer is formed on the upper surface of the substrate and carbon nanotubes are grown on the upper surface of the insulating layer. Method.
【請求項20】 前記基板はシリコンであり、前記絶縁
層はシリコンオキシドであることを特徴とする請求項1
9に記載の炭素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
20. The substrate is silicon and the insulating layer is silicon oxide.
9. The method for manufacturing the carbon nanotube memory device according to 9.
【請求項21】 前記第1段階において、前記ソース電
極とドレイン電極とを電子ビームリソグラフィで形成す
ることを特徴とする請求項18または19に記載の炭素
ナノチューブメモリ素子の製造方法。
21. The method of manufacturing a carbon nanotube memory device according to claim 18, wherein the source electrode and the drain electrode are formed by electron beam lithography in the first step.
【請求項22】 前記第2段階において、前記第1絶縁
膜と前記貯蔵膜とをほぼ同じ厚さに蒸着することを特徴
とする請求項18に記載の炭素ナノチューブメモリ素子
の製造方法。
22. The method of claim 18, wherein, in the second step, the first insulating film and the storage film are deposited to have substantially the same thickness.
【請求項23】 前記第2段階において、前記第2絶縁
膜は前記貯蔵膜より約2倍の厚さに蒸着することを特徴
とする請求項18に記載の炭素ナノチューブメモリ素子
の製造方法。
23. The method of claim 18, wherein, in the second step, the second insulating layer is deposited to a thickness about twice that of the storage layer.
【請求項24】 前記第1及び第2絶縁膜はシリコンオ
キシドよりなることを特徴とする請求項18に記載の炭
素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
24. The method of claim 18, wherein the first and second insulating layers are made of silicon oxide.
【請求項25】 前記電荷貯蔵膜はシリコンまたはシリ
コン窒化物よりなることを特徴とする請求項18に記載
の炭素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
25. The method of claim 18, wherein the charge storage layer is made of silicon or silicon nitride.
【請求項26】 前記電荷貯蔵膜は15nm以下の厚さ
に形成することを特徴とする請求項18に記載の炭素ナ
ノチューブメモリ素子の製造方法。
26. The method of claim 18, wherein the charge storage layer is formed to a thickness of 15 nm or less.
【請求項27】 基板上に炭素ナノチューブを成長させ
た後、前記炭素ナノチューブを電荷移動チャンネルとす
るソース電極とドレイン電極とを炭素ナノチューブと接
触するように形成する第1段階と、 前記炭素ナノチューブ、前記ソース及びドレイン電極の
上部に第1絶縁膜を蒸着し、陽極酸化してからエッチン
グして第1絶縁膜が酸化されて形成される複数のナノド
ットを有する多孔膜を形成する第2段階と、 前記多孔膜の上部に電荷貯蔵物質を蒸着した後、エッチ
ングして前記ナノドットに電荷貯蔵物質を充填する第3
段階と、 前記多孔膜の上部に第2絶縁膜を蒸着した後、フォトリ
ソグラフィ工程を用いて前記第1絶縁膜、多孔膜及び第
2絶縁膜をパターニングしてメモリセルを形成する第4
段階と、 前記第2絶縁膜の上部に金属層を蒸着した後、フォトリ
ソグラフィ工程を用いてパターニングして前記炭素ナノ
チューブから前記多孔膜に流入する電荷量を調節するゲ
ート電極を形成する第5段階と、を含むことを特徴とす
る炭素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
27. A first step of growing a carbon nanotube on a substrate and forming a source electrode and a drain electrode using the carbon nanotube as a charge transfer channel so as to be in contact with the carbon nanotube; A second step of depositing a first insulating layer on the source and drain electrodes, anodic oxidation, and etching to form a porous layer having a plurality of nanodots formed by oxidizing the first insulating layer; After depositing a charge storage material on the porous layer, the nano dots are etched to fill the charge storage material with the third layer.
And a step of depositing a second insulating layer on the porous layer and patterning the first insulating layer, the porous layer and the second insulating layer using a photolithography process to form a memory cell.
And a step of depositing a metal layer on the second insulating layer and patterning the layer using a photolithography process to form a gate electrode for controlling an amount of charges flowing from the carbon nanotube into the porous layer. And a method for manufacturing a carbon nanotube memory device, comprising:
【請求項28】 前記第1段階において、前記基板の上
面に絶縁層を形成し、前記絶縁層の上面に炭素ナノチュ
ーブを成長させることを特徴とする請求項27に記載の
炭素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
28. The carbon nanotube memory device of claim 27, wherein in the first step, an insulating layer is formed on the upper surface of the substrate and carbon nanotubes are grown on the upper surface of the insulating layer. Method.
【請求項29】 前記基板をシリコンで形成し、前記絶
縁層をシリコンオキシドで形成することを特徴とする請
求項28に記載の炭素ナノチューブメモリ素子の製造方
法。
29. The method of claim 28, wherein the substrate is made of silicon and the insulating layer is made of silicon oxide.
【請求項30】 前記第1段階において、前記ソース電
極とドレイン電極とを電子ビームリソグラフィで形成す
ることを特徴とする請求項27または28に記載の炭素
ナノチューブメモリ素子の製造方法。
30. The method of manufacturing a carbon nanotube memory device according to claim 27, wherein in the first step, the source electrode and the drain electrode are formed by electron beam lithography.
【請求項31】 前記第2段階において、前記第1絶縁
膜及び前記多孔膜の厚さをほぼ同一に蒸着することを特
徴とする請求項27に記載の炭素ナノチューブメモリ素
子の製造方法。
31. The method of claim 27, wherein in the second step, the first insulating layer and the porous layer are deposited to have substantially the same thickness.
【請求項32】 前記第2段階において、前記第2絶縁
膜は前記多孔膜より約2倍の厚さに蒸着することを特徴
とする請求項27に記載の炭素ナノチューブメモリ素子
の製造方法。
32. The method of claim 27, wherein in the second step, the second insulating layer is deposited to have a thickness about twice that of the porous layer.
【請求項33】 前記第1及び第2絶縁膜はシリコンオ
キシドよりなることを特徴とする請求項27に記載の炭
素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
33. The method of claim 27, wherein the first and second insulating layers are made of silicon oxide.
【請求項34】 前記電荷貯蔵物質はシリコンまたはシ
リコン窒化物よりなることを特徴とする請求項27に記
載の炭素ナノチューブメモリ素子の製造方法。
34. The method of claim 27, wherein the charge storage material comprises silicon or silicon nitride.
【請求項35】 前記多孔膜は15nm以下の厚さに形
成することを特徴とする請求項27に記載の炭素ナノチ
ューブメモリ素子の製造方法。
35. The method of claim 27, wherein the porous film is formed to a thickness of 15 nm or less.
【請求項36】 前記第1段階において、前記第1絶縁
膜を全て酸化させて複数のナノドットを有する多孔膜に
形成することを特徴とする請求項27に記載の炭素ナノ
チューブメモリ素子の製造方法。
36. The method of claim 27, wherein in the first step, the first insulating film is entirely oxidized to form a porous film having a plurality of nanodots.
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